1 工程概況

某污水處理廠地處國家南水北調中線工程水源地丹江口庫區(qū)，廠區(qū)總占地面積為17 155㎡，預留用地面積為4 035㎡。污水廠現(xiàn)狀規(guī)模為1.5×104 m/d，二級處理采用CASS生物處理工藝，出水達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準后排入廠外安樂河，并最終匯入漢江。

2 技術路線

2.1 現(xiàn)狀處理效果及問題分析

由圖1可知：污水廠現(xiàn)狀實際日均處理水量約為1.5×104 m/d，已達到設計負荷；進廠水中污染物濃度的月均值均低于設計進水水質；在實際進水水質均低于設計值的情況下，污水廠出水水質中CODCr、NH3-N和TP濃度可穩(wěn)定達到原設計國標一級B標準，但尚未達到準地表IV類水標準；SS濃度可穩(wěn)定達到原設計國標一級B標準，且基本達到準地表IV類水標準。

2.2 設計規(guī)模及水質

此次改造設計中，近期處理規(guī)模為2.25×104 m/d，遠期逐步達到3.0×104 m/d。污水廠服務范圍內(nèi)的工業(yè)以現(xiàn)代加工業(yè)、高新技術產(chǎn)業(yè)及相關配套產(chǎn)業(yè)等輕污染工業(yè)為主，且出廠前廢水中有毒有害物質濃度已達到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質標準》允許排放濃度。原污水中生活污水和工業(yè)廢水占比約為72%和28%，進水水質根據(jù)各類污水性質加權計算。設計出水水質執(zhí)行《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)中的IV類水標準，TN和SS執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準。設計進、出水水質如表1所示。

2.3 工藝流程

本工程的主要任務是去除含氮污染物(NH3-N和TN)、含碳污染物(BOD5和CODCr)及含磷污染物。該污水廠提標工程總體思路為：在保證設計出水水質目標的前提下，充分挖掘現(xiàn)狀污水處理設施的潛力，根據(jù)去除對象針對性地選擇處理工藝，避免資源浪費。該污水處理廠現(xiàn)狀處理設施于2015年建成，結構安全和工藝運行均良好，廠內(nèi)預留用地空間不足。結合廠區(qū)現(xiàn)狀及設計出水水質，本工程污水處理采用AAO/MBR工藝；污泥處理采用“重力濃縮+板框脫水”工藝，污泥含水率降低至60%以下后外運。改造后的工藝流程如圖2所示。

AAO/MBR工藝是生物處理技術和膜分離技術的結合，其中MBR池代替?zhèn)鹘y(tǒng)二沉池，固液分離效果好，對細菌、病毒和懸浮物均有很好的截留效果。該工藝實現(xiàn)了生物池污泥齡和水力停留時間的完全分離，有利于維持長污泥齡、高污泥濃度(一般為7～10 g/L)的生長環(huán)境。

3 主要設計參數(shù)

本次提標改造工程中土建按遠期規(guī)模設計，設備按近期規(guī)模安裝，并預留遠期設備安裝條件。預處理區(qū)、辦公區(qū)及化驗區(qū)采用現(xiàn)狀設施，污泥脫水系統(tǒng)在現(xiàn)狀脫水區(qū)實施，僅對設施進行擴容改造，AAO生物池由現(xiàn)狀CASS生物池改造而成，新建MBR膜池及附屬設施在廠區(qū)規(guī)劃預留用地內(nèi)實施，改造后的平面布置如圖3所示。

3.1 膜格柵渠設計

設計采用內(nèi)進流孔板式精細格柵，最大流量為1 812.5 m3/h，柵條間隙為1 mm，過柵流速為0.3 m/s。格柵渠平面尺寸L×B=17.1 m×4.9 m，柵前水深為2.7 m，1座2組并排布置，配套安裝溜槽、螺旋壓榨機及沖洗泵等。

3.2 現(xiàn)狀CASS生物池改造

該污水處理廠現(xiàn)狀生物處理單元采用2座4組CASS生物池，單座平面尺寸為38 m×31 m。此次改造設計中，拆除CASS池內(nèi)部現(xiàn)狀隔墻，按規(guī)范核算后重新劃分出厭氧池、缺氧池和好氧池。改造后AAO生物池的總停留時間為12.5 h，污泥齡為14 d，設計污泥濃度平均為7.0 g/L，污泥負荷為0.2 kg BOD5/(kg MLSS·d)，氣水比為5∶1。厭氧池平均停留時間為1.7 h，單格尺寸為14.55 m×6 m，有效水深為6 m，有效容積為522 m3。

缺氧池平均停留時間為4.6 h，單格尺寸為14.55 m×13 m，有效水深為5.95 m，有效容積為1 125 m3。好氧池平均停留時間為6.2 h，單格尺寸為14.55 m×16.9 m，有效水深為5.9 m，有效容積為1 450 m3。好氧池至缺氧池的混合液回流比為400%，采用8臺穿墻循環(huán)泵，每組2臺(1用1備)，單臺流量為1 250 m3/h；缺氧池至厭氧池的混合液回流比為200%，水泵布置同好氧池，單臺流量為625 m3/h。

3.3 MBR膜池設計

MBR膜池設計采用由PVDF(聚偏氟乙烯)中空纖維膜組成的成品膜組器，不僅可以避免膜絲相互纏繞、延長其使用壽命，還能夠簡化安裝及運維過程，更便于操作。單臺膜組器外觀尺寸L×B×H=2.9 m×1.5 m×2.8 m，有效產(chǎn)水面積為2 100 m2，投影面積為3.54 m2。MBR膜池平面尺寸L×B=22.4 m×43.2 m，共設計6個安裝廊道、48個安裝機位。近期使用5個廊道、30個膜組器，膜通量為14.9 L/(m2·h)；遠期使用6個廊道、42個膜組器，膜通量為14.2 L/(m2·h)。MBR膜池各子系統(tǒng)設計如下。

(1)混合液進出水系統(tǒng)

進水通過管道從生物池出水堰自流至配水渠，然后通過廊道端部的配水孔進入廊道內(nèi)部。MBR膜池設計污泥濃度為10 g/L，為維持生物池內(nèi)生物質濃度，膜池內(nèi)的高濃度活性污泥混合液以500%的回流比回流至生物池的好氧池。混合液先經(jīng)水泵提升進入混合液出水池，然后通過管道自流至好氧池。提升泵選用大流量、低揚程的軸流泵，單臺流量為1 563 m/h，近期采用4臺(3用1備)，遠期5臺(4用1備)。

(2)產(chǎn)水系統(tǒng)

混合液進入廊道之后將膜組器浸沒，在真空泵和產(chǎn)水專用設備的作用下，膜絲內(nèi)部形成一定的真空度，混合液中的水分在外界水壓和大氣壓的作用下進入膜絲，活性污泥則被攔截在膜絲外部，出水經(jīng)產(chǎn)水泵提升進入清水池。為了控制膜污染，產(chǎn)水泵間歇運行：每運行7 min停1 min，實際運行中另需考慮0.5 min的無效運行時間，即產(chǎn)水時間按6.5 min計。設計選用7臺抽吸泵(6用1庫備)，每臺水泵對應一個廊道，單臺流量為90 L/s，變頻控制。為節(jié)約用水，清水池內(nèi)的水一部分溢流進入紫外消毒渠，一部分用于膜組器清洗。

(3)吹掃系統(tǒng)

產(chǎn)水時污泥會在膜表面聚集，膜孔堵塞、通量下降，因此，需吹掃膜絲、擦除膜表面堵塞物。本工程吹掃系統(tǒng)采用脈沖曝氣，周期為1～2 h，高曝時間為5～10 min，其余均為低曝。高曝時開啟高曝氣氣動閥門，吹掃強度為210 m/(㎡·h)(膜組器投影面積)；低曝時開啟低曝氣氣動閥門，吹掃強度為60 m/(㎡·h)。實際運行中，為避免系統(tǒng)瞬時負荷過大，各廊道錯峰吹掃，平均吹掃強度為90 m3/(㎡·h)。MBR膜池近期總風量為160 m/min，遠期總風量為223m/min。本設計新建鼓風機房一座，近期安裝3臺羅茨鼓風機(2用1備)，遠期另增加1臺，單臺風機風量為80 m/min，變頻控制。

(4)膜清洗系統(tǒng)

膜清洗有助于MBR膜通透性的恢復，清洗方式和主要參數(shù)如表2所示。

在線維護性清洗和在線恢復性清洗合稱為CIP清洗(在線清洗)，膜組器不需要從安裝廊道吊離。在CIP清洗過程中，首先關閉廊道兩端的進出水閘門，然后將次氯酸鈉和檸檬酸注入清洗泵出水管，經(jīng)管道混合器混合后進入產(chǎn)水泵進水管，最后按照與產(chǎn)水相反的方向進入膜組器內(nèi)部。CIP清洗強度為3 L/㎡(膜組器有效產(chǎn)水面積)，選用2臺離心泵(1用1備)，單臺流量為213 m/h；次氯酸鈉加藥泵采用2臺化工泵(1用1備)，單臺流量為1 000 L/h；檸檬酸加藥泵采用2臺化工泵(1用1備)，單臺流量為6 000 L/h；加藥過程均在15 min內(nèi)完成。離線清洗過程中，先通過起吊設備將膜組器吊至膜清洗區(qū)，然后按照酸-堿-清水的順序浸泡清洗。離線清洗可提前向清洗池內(nèi)注水，因此，加藥泵流量無需擴大，仍按照CIP清洗所需流量選型。

(5)PAC輔助除磷系統(tǒng)

本次設計中，當水質惡化導致出水TP不達標時，需投加PAC溶液輔助除磷，投加量為10～30 mg/L，平均投加量為20 mg/L。PAC原液濃度為10%，儲藥罐有效容積為6 m，儲藥時間為10 d。運行過程中，為使藥液與污水混合均勻、充分發(fā)揮絮凝作用，在溶解罐內(nèi)將10%濃度的PAC原液稀釋10倍，然后利用加藥泵輸送至膜池配水渠。PAC溶解罐的有效容積為2.0 m，儲藥時間為8 h，采用2臺加藥計量泵，1用1備，單臺流量為150 L/h。為便于集中管理，PAC輔助除磷系統(tǒng)設置于MBR膜池設備間內(nèi)。

4 結論

該工程總投資為6 463.11萬元(不含市政管網(wǎng)部分)，改造后單位水量處理成本為1.69元/t，單位水量處理運行成本為1.14元/t。污水處理廠是城市基礎設施的重要組成部分，本身并不產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益，其效益主要體現(xiàn)在環(huán)境效益和社會效益。污水處理廠的建設有助于控制污水排放對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及國民經(jīng)濟發(fā)展造成的負面影響，通過改善環(huán)境質量可產(chǎn)生巨大的間接經(jīng)濟效益。隨著國家南水北調中線工程的實施，漢江中下游各段的自凈能力減弱、生態(tài)環(huán)境惡化。本工程的實施能夠有效削減排入漢江的污染物負荷，有助于實現(xiàn)城市供排水的良性循環(huán)和保障漢江沿線居民飲用水安全。

本次提標改造新增構筑物較少，主要為膜格柵、AAO生物池(現(xiàn)狀CASS生物池改造)、MBR膜池及設備間、MBR膜池鼓風機房及其他配套設施改造，充分利用了現(xiàn)狀設施的潛力。采用MBR工藝后，生物池污泥濃度、容積負荷大大增加，使生物池在有效容積不變的情況下滿足設計水質、水量的處理需求，且MBR池吹掃系統(tǒng)采用脈沖曝氣技術優(yōu)化后可節(jié)約30%～50%的風量。AAO/MBR改造方案對廠區(qū)現(xiàn)狀擾動較小、與現(xiàn)狀處理設施銜接順暢、施工方便，為該類水廠的提標改造提供了可靠思路。

設計案例｜鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水廠提標改造工程中AAO/MBR工藝的設計要點

來源：凈水技術

作者：鄭立安 楊濤